超声多普勒测流仪是一种广受青睐的水流流速测量设备,它根据超声波在流动水体中的多普勒效应,经过一系列信号处理得到水流的速度信息,具有测流反应速度快、不干扰流场、安装便利等优点。目前正广泛应用于海洋探测和船舰导航领域。本文针对内陆河流、沟渠和管道等小型应用场景,设计并实现了一套基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的超声多普勒测流系统,在城市管道建设、河流交通运输、农业灌溉以及防汛抗旱方面有着广泛的应用前景。本文的主要研究工作都是围绕超声多普勒测流仪的设计与实现展开的:(1)本文首先分析超声多普勒测流的基本原理,根据原理和应用场景设计测流仪的系统结构,明确系统的工作流程,设计关键系统参数,分析不同参数对测流效果的影响,并对系统信号处理流程进行仿真,验证系统方案的可行性。(2)研究测流系统涉及的关键技术和信号处理算法解决方案,主要是数字无线电技术和信号频率估计算法。仿真对比复自相关法和快速傅里叶变换在低信噪比测流环境下的测流效果,为提升信号频率估计精度,介绍了一种基于频差修正的正弦信号频率估计方法。最后采用分时傅里叶变换的方法弥补了快速傅里叶变换在测流系统中的不足。(3)根据测流系统的设计思想、系统结构以及关键技术解决方案,选择合适的硬件模块,搭建基于FPGA的超声多普勒测流系统硬件平台,采用Verilog语言设计和实现测流系统的信号处理算法和各个硬件模块的接口控制程序。设计流速测量方案,完成了初步系统调试,分析因为换能器安装偏角、超声波传播速度、超声波波束宽度等外部因素造成测流结果产生误差的原因。